Теоретические исследования усовершенствованной сепарирующей горки со встряхивающим механизмом картофелеуборочных машин

По результатам анализа проблем механизированной уборки картофеля связанных с сепарацией клубненосного вороха, нами усовершенствована конструкция сепарирующей горки картофелеуборочных машин [1] с целью повышения эффективности разделения компонентов и снижения количества и степени повреждения клубней (рис.1).

Рисунок 1 — Конструктивно-технологическая схема сепарирующей горки со встряхивающим механизмом [1]: 1 — сепарирующая горка; 2 — транспортерная лента; 3 — рабочая ветвь транспортера; 4 — обратная ветвь транспортера; 5 — упругие пальцы; 6 — подающий транспортер; 7 — транспортер выгрузки корнеклубнеплодов; 8 — ролик; 9 — рычаг; 10 — встряхивающий механизм; 11 — колесо с выступами.

Устройство работает следующим образом. Картофельный ворох, включающий клубни, комки почвы, ботву и растительные остатки, подающим транспортером 6 подается на горку 1. При падении клубней и комков почвы на наклонную поверхность горки 1 благодаря различным значениям упругих и фрикционных свойств компонентов, коэффициента трения качения, размеров и удельного веса, на рабочей ветви 3 пальчатого полотна происходит процесс сепарации картофельного вороха, то есть процесс отделения клубней от почвенных комков и примесей. При этом основная масса клубней скатывается по поверхности пальцев 5 на выгрузной транспортер 7 устройства, а примеси удерживаются пальцами полотна и поднимаются вверх и выносятся за пределы машины. Часть клубней, с удерживающей их ботвой и почвой так же увлекается пальчатым полотном. При движении горки 1 происходят колебания рабочей ветви 3 полотна за счет его контакта с встряхивающим механизмом 10.

В процессе работы встряхивающего механизма 10, плечо рычага 9 контактирует с выступами колеса 11, и посредством шарнирного соединения колебательные движения передаются на ролик 8, который контактирует с рабочей ветвью 3 полотна горки 1, в результате чего происходит воздействие на поступающую массу картофельного вороха. В результате воздействия на рабочую ветвь 3 встряхивающего механизма 10 очищаются упругие пальцы 5 от налипших почвенных примесей, а растительные и почвенные примеси более интенсивно отделяются от клубней и выносятся за пределы уборочной машины на поле. Клубни скатываются вниз по наклонному полотну горки на транспортер выгрузки 7 корнеклубнеплодов. Высота и количество выступов колеса 11 регулируется, а встряхивающий механизм 10 выполнен с возможностью перемещения вдоль полотна горки, что позволяет изменять амплитуду и частоту колебаний рабочую ветвь 3. Рычаг 9 выполнен из упругого материала, что снижает динамические нагрузки.

Предлагаемое схемно-конструктивное решение устройства по сравнению с базовым объектом, принятым за прототип, позволяет повысить эксплуатационную производительность корнеклубнеуборочной машины за счет стабилизации технологического процесса и повышения его надёжности и снижает затраты на послеуборочную доработку продукции.

Обоснование рациональных конструктивных параметров предложенной сепарирующей горки со встряхивающим механизмом является необходимым, поскольку от их правильного выбора зависит выполнение следующих требований:

• 1) исключение повреждения клубней;
• 2) обеспечение максимальной производительности устройства.

Для определения рациональных конструктивных параметров устройства введем следующие допущения и исходные данные: ворох располагается на поверхности горки равномерно и имеет во всех точках поверхности одинаковую толщину; компоненты вороха движутся вместе с рабочей поверхностью горки (наихудший случай).

Повысить эффективность отделения клубней картофеля от примесей на горке можно встряхиванием полотна в верхней ее части. Колебания полотна горки улучшают скатывание клубней вниз и повышают отделение примесей. Колебания должны быть такими, чтобы при каждом колебании было подбрасывание клубня над полотном, но время полёта клубня было меньше времени одного колебания полотна, т. е. колебания не должны быть холостыми.

Величину колебаний полотна необходимо выбрать также такой, чтобы скорость соударения клубней с горкой была минимальной. Это обеспечивается при условии, что коэффициент k кинематического режима колебаний горки соответствует уравнению[2].

(1).

где — фаза полета клубня над горкой, рад; t — время полёта клубня, с; амплитуда колебаний полотна (встряхивающего ролика), м; - ускорение свободного падения, м/с².

Исследования показывают, что минимальная скорость соударения клубня с горкой будет при =3 [2], соответственно коэффициент кинематического режима k равен.

.

По величине коэффициента кинематического режима определим критическое ускорение колебаний горки с целью исключения повреждения клубней:

;

Определим режим колебаний, исключающий холостую работу механизма:

(2).

где — угол наклона горки, =42⁰, соs42⁰=0,743; - ускорение свободного падения, м/с²; круговая частота колебаний полотна, рад/с.

По выражению (2) получаем:

то есть.

м/с.

При ускорениях полотна больше 24 м/с² будут холостые колебания полотна и увеличенные динамические нагрузки, что нецелесообразно. В то же время при ускорениях полотна меньше 24 м/с² будут исключены повреждения клубней.

Дальнейшие исследования проводились в диапазоне ()=15…25 м/с².

Частоту колебаний горки определим по известным величинам скорости горки и скорости вращения диска с выступами.

Скорость вращения диска с выступами равна скорости вращения ведущего вала горки:

.

где n — скорости вращения ведущего вала горки, об/мин; V — скорость полотна горки, м/с; D — диаметр ведущего вала горки, м.

Скорость вращения диска с выступами:

об/мин.

Частота колебаний полотна горки от действия выступов на диске равна:

.

где — частота колебаний полотна горки от действия выступов на диске, колеб./мин; Z — число выступов на диске (задаётся предельным значением конструктивно), .

Частота колебаний полотна горки от действия выступов на диске:

колеб./мин.

Круговая частота колебаний полотна горки будет равна.

.

где — круговая частота колебаний полотна горки, рад/с.

Круговая частота колебаний полотна горки.

рад/с;

рад/с².

Амплитуда колебаний полотна горки будет равна.

мм, (3).

Скорость полотна в момент отрыва клубня от полотна (подбрасывания) равна.

м/c.

Полученные значения мм и м/с, недостаточны и показывают, что предварительно принятое значение велико.

Исследования влияния на представлено на рис. 2.

Анализ показывает, что реальное значение = 2. при этом = 14 мм.

При этом рад/c, соответственно.

мм.

При значении м/с, величина амплитуды.

мм.

При = 2 реальное значение = 10…16 мм и рад/c.

Рисунок 2 — Зависимость амплитуды колебаний полотна от числа выступов на диске встряхивающего механизма.

Таким образом, при полученных параметрах устройства будут исключаться повреждения клубней, повысится эффективность отделения клубней картофеля от примесей, не будут иметь место дополнительные динамические нагрузки.

картофелеуборочный клубень сепарирующий.

Библиографический список

• 1. Патент на полезную модель № 94 800, RU, М.кл.² А 01 D 33/08 Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей / Бышов Д. Н., Борычев С. Н. — Опубл. 10.06.2010, бюл. № 16.
• 2. Сорокин А. А. К обоснованию параметров колебаний сепарирующих органов картофелеуборочных машин. / А. А. Сорокин. — М.: Труды ВИСХОМ, 1961 вып. 28.